Caractérisation de la relation structure-fonction dans le cerveau humain à partir de données d'IRM fonctionnelle et de diffusion : méthodes et applications cognitive et clinique

par Arnaud Messé

Thèse de doctorat en Automatique, traitement du signal et des images

Sous la direction de Habib Benali et de Rachid Deriche.

Soutenue en 2010

à Nice .


  • Résumé

    La compréhension des mécanismes cognitifs est un défi que les prouesses technologiques en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle et de diffusion permettent de relever. Les réseaux neuronaux, ensembles de régions interconnectées anatomiquement et fonctionnellement, sont à l’origine des processus cognitifs. Nous nous sommes intéressés à la relation entre la structure anatomique et la fonction de ces réseaux, au travers des deux principes fondamentaux du fonctionnement cérébral que sont la ségrégation et l’intégration, ainsi que via la notion d’intégrité. En premier lieu, nous nous sommes penchés sur la ségrégation anatomique des noyaux gris centraux et son interprétation fonctionnelle. Puis, nous avons abordé le principe d’intégration, d’un point de vue descriptif par le biais de la théorie des graphes, puis explicatif par l’utilisation du modèle spatial autorégressif. Enfin, nous avons étudié́ l’intégrité structurelle du cerveau en présence de déficits neurocomportementaux suite à un traumatisme crânien léger. Nous avons ainsi mis en évidence l’existence d’un substrat anatomique sous-jacent aux réseaux fonctionnels. Nos résultats suggèrent que la structure anatomique des réseaux cérébraux est un substrat complexe optimisant les processus fonctionnels. De plus, une perte d’intégrité de ce substrat anatomique lors d’un traumatisme crânien léger se répercute sur le comportement et les performances cognitives. Ceci démontre que le fonctionnement cérébral, traduit par les réseaux neuronaux, est intimement lié à la structure anatomique de ces réseaux.

  • Titre traduit

    Characterization of the structure-function relationship in the human brain using functional and diffusion MRI : cognitive and clinical methods and applications


  • Résumé

    Recent advances in Magnetic Resonance Imaging are allowing neuroscientists to gain critical insights into the neural networks mediating a variety of cognitive processes. Neural networks are sets of anatomically and functionally interconnected regions and are the origin of cognitive processes. In this work, we studied the relationship between structure and function in these networks, through the two fundamental principles of brain function, namely segregation and integration, and the concept of integrity. First, we focused on the anatomical segregation of basal ganglia and its functional interpretation. Then we examined the principle of integration, from a descriptive way to an explanatory approach, by using the spatial autoregressive model. Finally, we studied the structural integrity of the brain in the presence of mild traumatic brain injury associated neurobehavioral deficits. We demonstrated the existence of an anatomical substrate underlying the functional networks. Our results suggest that the anatomical structure of brain networks is a complex substrate optimizing cognitives processes. Moreover, loss of structural integrity in mild traumatic brain injury affects behavior and cognitive performances. This demonstrates that brain function, mediated by neural networks, is intimately related to their anatomical structure.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (220 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. [189]-220. Résumés en français et en anglais

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  • Bibliothèque : Université Nice Sophia Antipolis. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 10NICE4052
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